Как жесткий диск успевает на такой скорости вращения считывать данные?

Головке не нужно определять, что находится под ней. Там уже известно что находится, ей нужно просто считать.

Считать и передать данные нет никакой проблемы для электроники, она частоты в гигагерцы достигла ещё в восьмидесятые годы.

Интерливинг уже давно не применяется, считывается весь цилиндр, поскольку кэш-память ничего не стоит теперь.

Фокус в том, что сектора не друг за другом находятся - называется "интерливинг".
Пока подойдёт нужный следующий сектор, контроллер всё успевает сделать - передать данные из сектора, определиться с положением и приготовиться к чтению следующего сектора - это так, очень грубо и упрощённо.

То есть, физически, всё совсем не так на винте расположено, как это показывают программы.

Там не такая уж и большая скорость, шпиндель крутится всего лишь от 5 до 12 тыс оборотов у разных винтов. Мотор у пылесоса крутится в два раза быстрее, а у гироскопа в 10 раз быстрее.

Там мегагерцы, мозг это не принимает....

Стандарт для SATA 3.0 подразумевает скорость передачи данных 6 Гбит/с, грубо говоря это соответствует частотам ДО 6 ГГц. В реальности она меньше, но не слишком.
Про интерлив вам правильно написали, он существует со времён дискет.

Настраивается долго по нужному "адресу", скажем 0,001 сек., считывает картинку за 0,00000001 сек, конце картинки знак "end" и больше не читает - Всё это условно, для просты объяснения

Объяснение на самом деле очень простое - магия.
А все инженеры на самом деле колдуны.

там много служебных секторов, по ним и ориентируется всё и вся
Вы думаете, что головка считывает всё подряд?
Нет.

Крутится, вертится)